CN114815804A - 一种仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种仿生机器人，其至少包括：带有驱动装置的主体箱体和运动控制模块。驱动装置能够基于运动控制模块的控制信息调整主体箱体的速度和方向以配合仿生机器人执行检测任务。仿生机器人还包括位置传感器模块和视觉传感模块，位置传感器模块通过监测仿生机器人的行走参数测算机器人相对位置参数；视觉传感模块基于图像信息识别而确定周围障碍物参数；运动控制模块基于相对位置参数、障碍物参数和目标点自动规划机器人避障路径并指导驱动装置控制机器人移动。

Description

一种仿生机器人

技术领域

本发明涉及机器人工程领域，尤其涉及一种仿生机器人。

背景技术

移动式机器人作为机器人领域最主要的一类分支，由履带式机器人、轮式机器人和足式机器人三部分共同组成。履带式机器人和轮式机器人具有结构稳定、速度较快等优点，但对地面要求高，灵活性差，无法适应崎岖不平的路面和泥泞的沼泽。在某些特定的工作环境中，人们迫切需要一种运动稳定、机动灵活、理论上可以到达地面上任意一点的机器人，足式机器人由此诞生并迅速成为学术界研究的热点。目前国内外学者对足式机器人的研究主要在四足和六足机器人，对八足机器人涉及较少。

现有技术中如公开号为CN110077487A的专利文献公开了一种仿蜘蛛八足机器人，旨在解决现有技术中履带式机器人和轮式机器人无法适应崎岖不平的路面的技术问题，一种仿蜘蛛八足机器人，包括躯干，八条结构完全相同的机械腿均匀分布在躯干周围，所述机械腿分别为左一机械腿L1、左二机械腿L2、左三机械腿L3、左四机械腿L4、右一机械腿R1、右二机械腿R2、右三机械腿R3、右四机械腿R4，八条机械腿互相配合能够通过三角步态、四角步态、五角步态、定点转弯步态实现稳定行走。本发明所述仿蜘蛛八足机器人，能够在崎岖不平的路面进行稳定行走，同时能够根据需求实现通过三角步态、四角步态、五角步态、定点转弯步态等多种步态稳定行走。

CN110077564B公开了机器人领域的一种水下八足机器人，旨在解决现有技术中水下机器人因设置浮力水箱或携带配重造成的体积庞大，行动迟缓，螺旋桨会对水生生物造成伤害的技术问题。一种水下八足机器人，躯干两侧铰接通过防水电机驱动的动力足，躯干上设有两个平衡翼，平衡翼与躯干整体构成“十”字形结构，平衡翼两侧铰接通过防水电机驱动的平衡足。本发明所述水下八足机器人不用设置浮力水箱，也不需要携带大量的配重，依靠平衡足的相互配合实现下潜和上浮，结构紧凑，移动平稳，控制灵活；水下八足机器人依靠动力足和平衡足的配合实现水下移动，没有螺旋桨，对水生生物影响小。

上述技术提出了采用足式机器人以适应崎岖的道路环境的方法，尤其是采用八足机器人的方式，增加机器人在行走过程中的稳固性和灵活性，但是，上述八足机器人腿部的活动性较为机械，无法适应各种艰难路况，且八足机器人的探测范围和路线规划还局限于平面规划，对路线中出现障碍物时的处理方式也较为机械，不能将竖直方向上的路线纳入行走规划，无法灵活避障。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

为解决上述现有技术中至少一部分不足之处，本申请提供一种仿生机器人，其至少包括：带有驱动装置的主体箱体和运动控制模块，所述驱动装置基于所述运动控制模块的控制信息调整主体箱体的速度和方向以配合所述执行机构执行检测任务，所述机器人还包括位置传感器模块和视觉传感模块，所述位置传感器模块通过监测机器人的实时速度和角速度等测算机器人的相对位置参数，所述视觉传感模块基于图像信息识别而确定周围障碍物参数，所述运动控制模块基于所述相对位置参数和障碍物参数及目标点而自动规划机器人避障路径并指导所述驱动装置控制机器人移动。本发明通过位置信息传感器模块和视觉传感模块的配合，使机器人能够顺利到达目标点完成检测任务。

优选地，所述位置传感器模块和视觉传感模块对所述机器人的速度位置信息以及前进方向的障碍物参数进行同时采集并将所述位置传感器模块采集的机器人的姿态数据和所述视觉传感模块采集的障碍物参数发送至分析模块，所述分析模块针对经过相应的过滤和处理得到的机器人相对位置参数与在此时刻前运动控制模块规划的路径信息以及所述障碍物参数修正当前机器人与此前测算的障碍物的相对位置参数，并将所述相对位置参数和所述障碍物参数发送至所述运动控制模块。本发明通过位置传感器模块和视觉传感模块同时采集机器人相对位置参数和障碍物参数，减小了单一采集装置的误差，避免了数据的失误以及机器人导致的位置错误。本发明能够提高数据的正确率，从而为机器人运动控制模块的避障路径规划提供保障。

优选地，所述位置传感器模块每隔一段时间同时测量机器人的姿态数据，并将所述姿态数据发送至分析模块，分析模块结合之前的数据信息，通过计算可以得到机器人相对初始位置的相对位置参数，所述视觉传感模块包括红外探测器模块和超声波模块，所述视觉传感模块通过图像分析处理，可以得到障碍物轮廓，所述分析模块基于所述红外探测器模块和超声波模块同时采集计算障碍物信息参数。本发明配备的位置传感器模块能够精准地得到机器人位置，配合所述红外探测器模块和超声波模块及视觉传感模块测算的所述障碍物距离和形态信息，可以建立机器人与障碍物的准确相对位置。

优选地，所述机器人在工作过程中位置信息参数不断变化，机器人需要不断接收新的相对位置参数和障碍物信息进行实时路径规划，所述分析模块接收所述位置传感器模块和所述视觉传感模块传来的所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，每隔一个很短的时间进行一次最优路径规划，并指导执行机构控制机器人的移动。在本发明中，所述分析模块在移动的同时不断地接收当前机器人位置信息和障碍物信息并计算出最优路线，能够有效地避免机器人与墙壁和障碍物之间的碰撞，提高行驶效率。

优选地，所述机器人为仿生八足蜘蛛型，驱动装置的驱动足设计采用舵机连接，三段式组成，能够自由变换方向，其每条驱动足的三段由舵机连接，道路行走中，改变与主体箱体连接一段的第一关节处舵机方向；越障时，改变第二关节处舵机角度；在爬墙中，改变末端第三关节处舵机角度。

优选地，所述机器人在自动控制方面采用路径规划与自动控制相结合的方法，根据红外线传感器和超声波传感器，可以检测某一固定范围和角度内的路径情况，采集道路信息，规划出合适路径，所述运动控制模块添加校正系统，实现行走路径的自动配准。本发明通过路径规划以及主控芯片和自动校准的结合，实现机器人前进的自动化。

优选地，所述机器人的运动控制模块能够添加无线传输模块连接模式，所述运动控制模块能够在所述无线传输模块连接模式下远程进行调控。本发明采用两种运行方式，可避免紧急情况的发生，使机器人的故障率大大降低。

优选地，所述机器人采用红外传感器与超声波传感器探测一定范围和角度内道路情况和是否存在障碍物，并通过摄像头得到物体轮廓形象与大小，判断避障方案为直接跨过障碍物，或转变方向绕过障碍物。本发明采用灵活的避障方式，并实现实时规划路径和检测信息。

优选地，所述运动控制模块基于机器人自身相对位置参数信息和所述障碍物参数分为三种不同执行模式：第一执行模式为转向避障模式，针对较高较大、不可翻越的障碍物；第二执行模式为姿态调整越障模式，针对会影响机器人前进的小型障碍物，通过机器人自身姿态的调整，无需改变运动路径；第三执行模式为攀爬模式，适用路径位于竖直方向上的情况，所述运动控制模块基于所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，确定不同道路情况下的工作模式，及多种工作模式混用情况。

优选地，所述机器人正常行走模式下，采用规则步态，每一个步态周期完成一个步距。

本发明至少具有以下优点：

(1)本发明的机器人兼具自动化和人为控制两种模式，可大大降低机器故障率，增加用户体验感；

(2)本发明的路径实时规划单元可实时规划路径，选择最优方案，能够有效地避免机器人与墙壁和障碍物之间的碰撞，提高行走效率；

(3)本发明的红外探测器模块和超声波模块测算的障碍物参数可用于建立机器人与障碍物的准确相对位置，实现精准定位；

(4)本发明的视觉传感与无线传输模块可实时不间断地传输检测信息，具有良好的检测功能；

(5)本发明的机器人足部设计可实现爬墙功能，可进行垂直方向上的检测；

(6)本发明的机器人能够在发生侧翻时自动翻转至正常行走状态，且机器人在翻身时不以重要结构为支点翻身；

(7)本发明的机器人在从地面过渡到竖直墙面的过程中通过调整支撑力矩的方式防止主体箱体发生侧翻。

附图说明

图1是本发明的主体结构图；

图2是本发明的主体正视图；

图3是本发明的主体俯视图；

图4是本发明的驱动足视图；

图5是本发明的箱体内部结构图；

图6是本发明的各模块连接示意图。

附图标记列表

1：主体箱体；2：外接传感器模块；3：第一驱动足；4：红外探测器模块；5：图像传输模块；6：超声波模块；7：主体与驱动足传动轴承；8：外接传感器固定螺孔；9：超声波传感器固定螺丝；10：超声波传感器；11：传感器驱动转轴；12：传感器驱动舵机箱体；13：红外线传感器；14：红外线传感器固定螺丝；15：摄像头固定螺丝；16：摄像头；17：舵机箱体链接螺丝；18：可更换足；19：驱动足舵机传动轴承；20：舵机箱体；21：无线传输模块；22：位置传感器模块；23：舵机供电系统；24：运动控制模块；25：传感器供电系统；26：第二驱动足；27：第三驱动足；28：第四驱动足；29：第五驱动足；30：第六驱动足；31：第七驱动足；32：第八驱动足；37：视觉传感模块；38：分析模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系的情况，则仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，“第一方向”是指平行于轴线X的方向，“第二方向”是指平行于轴线Y的方向，“第三方向”是指平行于轴线Z的方向。

本发明涉及一种仿生机器人。为了给人以足够亲切感和设计感，方便检测，本发明将机器人整体设计成蜘蛛型，同时将内部机构进行隐藏，同时也起到保护的作用，具体结构示意图参见图1。

如图6所示，仿生机器人包括设置有驱动装置的主体箱体1和运动控制模块24，主体箱体1内部搭载有传感器模块22和视觉传感模块37。视觉传感模块37基于红外探测器模块4和超声波模块6进行图像信息识别而确定周围障碍物参数，其中障碍物参数包括障碍物的大小、形状、障碍物与周围边界的距离和机器人距离障碍物的距离，从而确定道路信息情况，并将道路信息情况反馈给位置传感器模块22。位置传感器模块22通过监测机器人的实时速度和角速度等测算机器人的相对位置参数。运动控制模块24基于道路信息与路径规划指导机器人运动。

运动控制模块24接收分析模块38传来的所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，短时间内高频进行最优路径规划，并指导驱动装置控制机器人的移动。运动控制模块24根据视觉传感模块37采集到的视频信息生成包括机器人本身相对于初始位置的坐标位置的场景地图，并基于给定的初始位置和目标位置生成若干行走路径并储存在分析模块38中。在某条行走路径受阻不能通过时，分析模块28能够在该线路不通的情况下，提供至少一条与当前行走路径不同的其他行驶路径更新至运动控制模块24。仿生机器人判断某条线路不通的基础是视觉传感模块37确定的道路信息情况。根据所述机器人参数信息和所述障碍物参数，分为不同执行模式。其工作模式分为转向避障模式、姿态调整越障模式和攀爬模式。转向避障模式针对较高较大、不可翻越的障碍物；姿态调整越障模式针对会影响机器人前进的小型障碍物，通过机器人自身姿态的调整，无需改变运动路径；攀爬模式适用于竖直墙面。

本发明设置多种工作模式，能够根据不同的障碍物状态，使用不同的方式进行避障，灵活性高。尤其是攀爬模式，能够用于竖直墙面，在墙面检测中发挥关键的作用。

所述运动控制模块24基于所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，能够确定不同道路情况下的工作模式，及多种工作模式混用情况。

本发明根据所述障碍物的形态参数选择两个工作模式，能够更好更平稳地运动避障。例如，距离机器人一定距离处出现障碍物时，超声传感器10与红外传感器13扫描出障碍物的大小及形状轮廓，根据其特征参数选择合适工作模式。大型障碍物选择转向避开，小型障碍物选择姿态调整。一段距离中采用混合多用的工作模式，交叉运行。

优选地，如图4，驱动足3设置有三个可独立旋转的舵机，使得机器人在面对不平整路面时，能够保证工作过程的稳定行走。为保证机器人能够适应多种环境，要求机器人能够进行多角度的姿态调整，每个驱动足上安装有3个舵机。第一舵机与主体箱体1相连，第二舵机通过驱动足舵机传动轴承19与第一舵机相连。第三舵机为与可更换足18相连的末端舵机，通过舵机箱体连接螺丝17连接至第二舵机。优选地，驱动足传动轴承19与驱动足壁连接处采用柔性连接，以减少驱动足在与地面接触时对舵机的震动和冲击，减少舵机承受的工作要求之外的附加应力，延长舵机寿命，提高整个驱动机构的稳定性。如图1，驱动足通过主体与驱动足传动轴承7连接至主体箱体1，外接传感器2通过外接传感器固定螺孔8连接至主体箱体1，其余模块连接到主体箱体1上的方式类似，此处不再赘述。

优选地，本产品足部黏性材料采用圆盘式结构，从而增大与墙面的接触面积。可更换足18芯部采用橡胶制成，具有减震器的作用，进一步减少驱动足在与地面接触时的冲击。所述足表面采用壁虎仿生材料设计，该材料模拟壁虎的足部纤维设计，用很密集的细小绒毛与接触面接触，利用分子间作用力将机器人牢牢地吸附在墙壁上以防止掉落，使得机器人不仅能在平面上爬行，在竖直可吸附立面上也能够爬行。可更换足与驱动足主体之间采用普通螺栓连接，以便在可更换足达到使用寿命时能够将其更换。

优选地，机器人的运动形式为对角爬行步态，正常行走模式下，采用规则步态，每一个步态周期完成一个步距。处于初始状态时，八足均与地面接触，处于支撑相且爬行时，第一驱动足3、第二驱动足26、第七驱动足31和第八驱动足32抬起第一舵机旋转关节向第一方向正方向摆动，处于悬空相时，主体箱体1在第三驱动足27、第四驱动足28、第五驱动足29和第六驱动足30的舵机第一关节带动下向前移动一个步距，带动身体重心前移，其后，四条驱动足均放下，第三驱动足27、第四驱动足28、第五驱动足29和第六驱动足30做相应运动，机器人位姿回到初始状态。继续循环上述步态，机器人几何重心将不断前移。从关节角度位移曲线可看出，机器人在抬脚和落脚时刻，角位移曲线的斜率为零，脚掌对地面的冲击力也降到了最低，因此本发明在爬行过程中与地面的冲击较小，同时提高了机器人的爬行稳定性。

优选地，仿生机器人的第一执行模式为转向避障，针对大型障碍物，其中，视觉传感模块检测前进道路的障碍物并将其大小轮廓输出，输出内容可以包括：障碍物最高处高度、障碍物的长度和障碍物的最低处高度。当障碍物的最低处高度仍然超过某一阈值(如管道探测装置的主机体1的底盘能够达到的最高高度)时，分析模块38可根据其参数信息选择第一执行模式——避障模式：所述第三驱动足27与第四驱动足28和第五驱动足29与第六驱动足30沿舵机箱体20相反方向旋转一定角度，第一驱动足3与第二驱动足26和第七驱动足31与第八驱动足32做同样运动，实现转向功能，避开障碍物。

优选地，仿生机器人的第二执行模式为姿态调整越障模式。当障碍物的最高处高度小于预设值，且障碍物长度小于探测装置两侧驱动足之间的间距时，视觉传感模块37基于障碍物参数确认前进道路上存在小型障碍物时，分析模块28选择姿态调整越障模式。机器人足部第二舵机关节处向上旋转一定角度，使机器人重心升高，从而跨过小型障碍物。当障碍物的最高处高度小于预设值，但障碍物的长度大于探测装置两侧驱动足之间的间距时，控制模块选择第一执行模式进行绕行。

优选地，所述机器人第三执行模式为爬墙模式，针对垂直或不水平的立面爬行环境。所述视觉传感模块和位置传感器模块22检测到前方为竖直墙面时，第一驱动足3和第五驱动足29第一舵机绕主体与驱动足传动轴承7旋转至第一方向正方向指向的竖直墙壁直至触及竖直墙面，第二舵机关节处绕驱动足舵机传动轴承旋转90度至第三舵机和可更换足18处于与墙面垂直状态，此时可更换足与竖直墙面贴合。第一驱动足3和第五驱动足29底部可更换足18的黏性材料与竖直墙面贴合，第三驱动足27、第四驱动足28和第六驱动足30向前移动一个步距，第五驱动足29向上移动，相应地，第二驱动足26、第七驱动足31和第八驱动足32与驱动足3做同样的运动至第二驱动足26和第六驱动足30接触至墙面，第二驱动足26和第六驱动足30第二关节处舵机旋转90度至足部底部的黏性材料与竖直墙面贴合，第三驱动足27、第七驱动足31、第四驱动足28和第九驱动足32与上述过程相同，最终实现竖直墙面爬行。

优选地，爬墙模式根据机器人与墙体的相对姿态可分为两种：第一爬墙模式，指仿生机器人爬墙前水平轴线垂直或近垂直于墙面时的爬墙姿态；第二爬墙模式，指仿生机器人水平轴线近平行或近平行于墙面时的爬墙姿态。由于道路环境复杂，仿生机器人在需要进行墙壁攀爬时其所处位置可能会影响仿生机器人的爬行，如，仿生机器人在较窄通道内行走时，仿生机器人无法转向至与墙面垂直后利用前驱动足进行攀爬移动，此时则需要仿生机器人借助两侧的驱动足进行攀爬。

第二爬墙模式：分析模块38基于视觉传感模块37经图像传输模块5传输的信息判断处于较窄通道，且运动方向上有需要进行避障绕行的障碍物，无法实现转向移动，需要进行竖直墙面爬行避让时，需要仿生机器人借助一侧的驱动足进行攀爬。分析模块38基于视觉传感模块37传输的信息判断前方需避障绕行但所处位置无法转向后，基于位置传感器模块22和距离信息发送第二攀爬信息至运动控制模块24。运动控制模块24基于攀爬信息控制驱动足切换至相应的第二爬墙模式。与墙面接触或距离最近的第二驱动足26和第三驱动足27第二舵机关节处绕驱动足舵机传动轴承19旋转90度至第三舵机和可更换足18与墙面保持垂直接触状态，第四驱动足28、第八驱动足32和第五驱动足29向第二驱动足26所在方向移动一个步距，第一驱动足3向上移动。相应地，第二驱动足26、第七驱动足31和第八驱动足32与驱动足3做同样的运动使得第一驱动足3和第四驱动足28也靠近墙面并与墙面贴合，第五驱动足29、第八驱动足32、第六驱动足30和第七驱动足31与上述过程相同，最终实现竖直墙面爬行。本方案解决了机器人在狭窄通道内遇到需要进行避障的障碍物时无法转向只能后退返回的问题，且机器人不需要调整至特定角度便可进行墙面攀爬活动，相较于现有竖直爬行机器人来说适应性得到提高。

根据一种优选实施方式，如图1，当机器人的主体箱体1为长宽不相同的矩形箱体时，机器人第二爬墙姿态较第一爬墙姿态重心更靠近最后上墙的一组驱动足，在爬墙过程中发生失稳向最后一组驱动足方向翻倒的几率也更高。为避免机器人在第二爬墙姿态过程中发生翻倒，需要对最后一组驱动足的姿态进行调整。在第四驱动足28、第八驱动足32和第五驱动足29向前移动一个步距，第一驱动足3向上移动的过程中，处于末尾的第六驱动足30和第七驱动足31的第一舵机枢转至垂直于主体箱体1的方向以提供更长的力矩，从而防止主体箱体1发生翻转。优选地，为减少爬墙过程中重心偏移过多的情况，第六驱动足30和第七驱动足31的第二舵机和第三舵机枢转至第一舵机和与第一舵机连接的主体箱体1处于抬升状态，以减少机器人在爬墙过程中的重心偏移程度。

优选地，所述机器人能够在摄像头16的检测下检测是否发生侧翻。机器人在行走过程中由于路况发生改变或在墙面上爬行时意外跌落造成侧翻，此时仿生机器人的主体箱体1底部面板与所处位置平面的夹角大于等于90度，且小于等于180°。此时需要将机器人姿态调整至正常行走姿态，即需要将仿生机器人翻转至超声波模块6朝上姿态。摄像头16通过摄像头固定螺丝15连接至主体箱体1。所述摄像头16能够对周围环境进行实时拍摄并通过图像传输模块5传输至分析模块38。分析模块38基于图像信息和视觉传感模块37分析判断仿生机器人是否发生侧翻，并基于图像信息分析侧翻角度及基于运动控制模块24判断驱动足所处位置信息。分析模块38基于上述信息作出调整仿生机器人姿态指示并发送至运动控制模块24。分析模块38作出的调整仿生机器人姿态指示包括：判断机器人自身状态和根据运算制定翻身措施。判断机器人自身状态包括基于运动控制模块24判断每条驱动足的姿态数据和基于视觉传感模块37判断主体箱体1的三维倾斜状态。三维倾斜状态包括主体箱体1底部面板相较于所在地面平面的第一方向倾斜角、第二方向倾斜角和第三方向倾斜角。当主体箱体1的底部面板垂直于所处位置地面，即第三方向倾斜角为90°时，仿生机器人一侧完全着地，此时仿生机器人至少两条相邻驱动足与地面相接触。分析模块38基于仿生机器人的三维倾斜角传输第一调整仿生机器人姿态指示至运动控制模块24。运动控制模块24控制当下状态下与地面相接触的驱动足的姿态为驱动足的第二舵机关节处向内侧收缩，控制仿生机器人的重心向主体箱体1底板侧倾斜。第一舵机关节稍后于第二舵机关节与第二舵机关节做相同的向主体箱体1内部收缩运动，此时主体箱体1在驱动足的第二舵机关节与第一舵机关节的推动下沿主体箱体1的底板方向翻转至正常行走状态。分析模块38基于视觉传感模块37判断仿生机器人翻转至正常水平状态后，发送恢复行走姿态数据至运动控制模块24，运动控制模块24控制驱动足伸展至行走状态。当主体箱体1的底部面板不垂直于所处位置地面，即主体箱体1倾斜于地面翻转时，仿生机器人至多8条驱动足都不与地面接触。分析模块38基于仿生机器人的三维倾斜角传输第二调整仿生机器人姿态指示至运动控制模块24。运动控制模块24基于三维倾斜数据调整距离地面最近的两条驱动足伸展至与地面充分接触或调整与地面接触的驱动足的移动方向，其次调整与上述两条驱动足左右相邻的第二组驱动足的可更换足18旋转贴合至地面，在第二组驱动足可更换足18与地面抓牢的状态下，第二组驱动足的第一舵机关节旋转带动主体箱体1沿距离地面最近的两条驱动足为转轴翘起，第二组驱动足基于旋转时的角度不断旋转第二舵机关节至主体箱体1抬起，在此过程中沿地面最近的两条驱动足的第二舵机关节和第三舵机关节向主体箱体1内部方向收缩，缩小主体箱体1旋转时的转轴以减少旋转时需要的力矩。当沿地面最近的两条驱动足完全收缩时，机器人会从倾斜态旋转至垂直态，此时分析模块基于仿生机器人的三维倾斜角传输第一调整仿生机器人姿态指示至运动控制模块，剩余流程与仿生机器人的底部面板垂直于地面时的翻转流程相同。使用驱动足作为翻转轴在一定程度上避免了对超声波模块6等精密器件的碰撞损伤，超声波模块6在翻转过程中不会由于需要对主体箱体1进行支撑而导致破坏。优选地，当主体箱体1上还设置有其他精密仪器时，可调整翻转时使用到的驱动足数量和编号，使得翻身时不以重要结构为支点翻身，以区别性地在翻转时对仿生机器人上的仪器进行保护。

优选地，结合附图5，位置传感器模块22每隔一段时间会对仿生机器人的速度、角速度的姿态数据进行测量，并将测量数据发送至分析模块38，分析模块38结合之前测量的数据，通过计算可以得出仿生机器人的路径信息，从而得到机器人相对初始位置的相对位置参数。视觉传感模块37包括红外线探测器模块4和超声波模块6，视觉传感模块37基于红外线探测器模块4和超声波模块6的扫描并通过图像分析处理，得到障碍物轮廓，将障碍物的形状参数通过图像传输模块5发送至分析模块38以指导仿生机器人的行走路线和行走状态。分析模块38在接收到红外线探测器模块4和超声波模块6传输的图像信息时，会将两个图像信息进行对比重叠，从而对障碍物轮廓进行精准测量。当接收到的红外线探测器模块4和超声波模块6传输的图像信息存在较大差异时，分析模块38能够提高红外线探测器模块4和超声波模块6的探测频率，同时发送警惕信息至运动控制模块24，降低驱动足的运动速度，待分析模块38接收到障碍物轮廓的精准信息时再发送恢复信息至运动控制模块24控制仿生机器人恢复正常行走状态。仿生机器人在行走过程中信息参数不断变化，机器人需要不断接收新的相对位置参数和障碍物信息进行实时路径规划，所述分析模块38接收所述位置传感器模块和所述视觉传感模块传来的所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，每隔一个很短的时间进行一次最优路径规划，并指导执行机构控制机器人的移动。优选地，分析模块38基于预先存储的地图数据，在仿生机器人每到达下一个路口之前进行一次最优路线规划。分析模块38在仿生机器人行走过程中基于视觉传输模块对环境路况进行规律采集和分析，尽可能多地采集周围环境的信息并不断指导路线的规划。优选地，视觉传感模块37在探测到仿生机器人所处位置附近存在连续性墙体状物体时，分析模块38会将墙体的延伸方向和延伸长度进行分析处理并添加至仿生机器人的行走路线规划中。当分析模块38基于视觉传感模块37判断无法绕行的障碍物附近存在墙体时，分析模块38能够发送爬墙指令至运动控制模块24。在本发明中，所述分析模块在移动的同时不断地接收当前机器人位置信息和障碍物信息并计算出最优路线，能够有效地避免机器人与墙壁和障碍物之间的碰撞，提高行驶效率。

优选地，仿生机器人在自动控制方面采用路径规划与自动控制相结合的方法进行行走控制。仿生机器人上设置有红外线传感器13和超声波传感器10，以便对行走路线上某一固定范围和角度内的路线情况进行测量，采集道路信息，规划出合适路径。运动控制模块24添加有校正系统，以便对仿生机器人的行走姿态和行走路线进行及时纠正和改进，从而实现行走路径的自动配准。

优选地，如图5，本产品添加无线传输模式。例如，使用者临时改变其运动路径，或者机器人前进路线与规划路线偏移时，使用者可根据临时状况或突发情况更改机器人的前进方向和路径方案，可在机器人故障时或不受控时，通过人为操作模式使机器人继续运行。同时，无线传输模块21还可以传输所述外接传感器模块的监测信息，在安装外接传感器2后，外接传感器2的检测信息通过I/O接口传输到运动控制模块，经过处理可以通过无线传输模块21将分析好的数据传输到用户终端。所述无线传输模块21提供了传输信号的方式，提高了设备安全性和可操作性。

优选地，机器人箱体内装有两个供电系统，1号供电系统给驱动足内的舵机供电，其容量相对较大，考虑机器人自重及体积等因素，采用锂电池为源，配合电源电路保持电压不变将电流分配给工作的舵机，避免舵机输入电流过大和电压过小等情况，保证工作的稳定性。2号供电系统是传感器供电系统，负责保证位置传感器模块22、图像传输器模块5、超声波模块6、红外探测器模块4以及超声波传感器的驱动舵机12供电，另外，附加的外接传感器也要靠所述2号供电系统供电。因此，2号供电系统的特点是各部分供电电压可能不同，采用锂电池配合电源电路分别供电，从而使各个传感器正常工作。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种仿生机器人，其包括：带有驱动装置的主体箱体(1)和运动控制模块(24)，所述驱动装置基于所述运动控制模块(24)的控制信息调整主体箱体(1)的速度和方向以配合所述仿生机器人执行检测任务，

其特征在于，所述机器人还包括位置传感器模块(22)和视觉传感模块(37)；

所述位置传感器模块(22)通过监测机器人的行走参数测算机器人相对位置参数；

所述视觉传感模块(37)基于图像信息识别确定障碍物参数，所述运动控制模块(24)基于所述相对位置参数、障碍物参数和目标点信息自动规划机器人避障路径并指导所述驱动装置控制机器人移动。

2.根据权利要求1所述的仿生机器人，其特征在于，所述位置传感器模块(22)和视觉传感模块(37)对所述机器人的移动参数以及前进方向的障碍物参数进行采集并将所述位置传感器模块(22)采集的机器人的姿态数据和所述视觉传感模块(37)采集的障碍物参数发送至分析模块(38)，

所述分析模块(38)基于经过相应的过滤和处理得到的机器人的相对位置参数与运动前运动控制模块(24)规划的路径信息以及障碍物参数修正当前机器人与此前测算的障碍物的相对位置参数，并将所述相对位置参数和所述障碍物参数发送至所述运动控制模块(24)。

3.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述位置传感器模块(22)每隔一段时间同时测量机器人的速度、角速度的姿态数据，并将测量数据发送至分析模块(38)，分析模块(38)结合以往的数据信息，通过计算可以得到机器人相对初始位置的相对位置参数，

所述视觉传感模块(37)包括红外探测器模块(4)和超声波模块(6)，所述视觉传感模块(37)通过图像分析处理，可以得到障碍物轮廓，所述分析模块(38)基于所述红外探测器模块(4)和超声波模块(6)同时采集计算障碍物参数。

4.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人在工作过程中相对位置参数不断变化，机器人需要不断接收新的相对位置参数和障碍物参数进行实时路径规划，

所述分析模块(38)接收所述位置传感器模块(22)和所述视觉传感模块(37)传来的所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，并指导运动控制模块(24)控制机器人的移动。

5.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人为仿生八足蜘蛛型，驱动装置的驱动足设计采用舵机连接，三段式组成，能够自由变换方向，其每条驱动足的三段由舵机连接，转向模式，改变与主体箱体(1)连接一段的舵机第一关节处方向；越障模式，改变第二舵机关节处的角度；爬墙模式，改变末端第三舵机关节处的角度。

6.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人在自动控制方面采用路径规划与自动控制相结合的方法，根据红外线传感器(13)和超声波传感器(10)，可以检测固定范围内的路径情况，采集道路信息，规划出合适路径，所述运动控制模块添加校正系统，实现行走路径的自动配准。

7.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人的运动控制模块(24)能够添加无线传输模块(21)连接模式，所述运动控制模块(24)能够在所述无线传输模块(21)连接模式下远程进行调控。

8.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人采用红外传感器(13)与超声波传感器(10)探测一定范围和角度内道路的情况和是否存在障碍物，并通过摄像头(16)得到物体轮廓形象与大小，从而判断避障方案为直接跨过障碍物，或转变方向绕过障碍物。

9.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述运动控制模块基于机器人自身相对位置参数和所述障碍物参数分为三种不同执行模式：第一执行模式为转向避障模式，针对较高较大、不可翻越的障碍物；第二执行模式为姿态调整越障模式，针对会影响机器人前进的小型障碍物，通过机器人自身姿态的调整，无需改变运动路径；第三执行模式为攀爬模式，适用路径位于竖直方向上的情况，

所述运动控制模块(24)基于所述机器人相对位置参数信息和所述障碍物参数，确定不同道路情况下的工作模式，及多种工作模式混用情况。

10.根据前述权利要求之一所述的仿生机器人，其特征在于，所述机器人正常行走模式下，采用规则步态，每一个步态周期完成一个步距。

Images